電器與工具
智能抽油煙機控制板開發(fā)
隨著傳感器技術、微電子技術的發(fā)展，人們對抽油煙機控制功能的要求越來越高，因而對抽油煙機的控制提出了更高的要求。方便、經久耐用、多功能則是其發(fā)展方向。以往傳統(tǒng)的手動式抽油煙機已不能滿足發(fā)展要求。為此，本文通過氣敏傳感器、熱敏電阻采集信號，對抽油煙機進行控制，設計了一款智能抽油煙機，其使用更為人性化和方便。
一、智能抽油煙機工作原理及電路設計
設計采用QM-N10型還原性氣體傳感器。它的氣敏材料是二氧化錫(SnO2)，在清潔空氣中電導率較低。當QM-N10傳感器所處環(huán)境中存在油煙時，傳感器的電導率隨空氣中油煙氣體濃度的增加在加熱狀態(tài)下而迅速增大。QM-N10傳感器可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的電壓輸出信號。QM-N10半導體氣體傳感器對油煙氣體的靈敏度高，可檢測多種濃度油煙氣體。
1.1總體電路設計方案
電路原理圖設計如圖1所示。
該電路由QM-N10傳感器、電源電路、集成非門電路、三極管開關電路、音樂報警電路、光敏傳感器電路、單相電動機控制電路等構成。220V交流電壓經變壓器降壓、全橋整流、電容濾波后，經穩(wěn)壓管穩(wěn)壓成5V直流電源為集成非門電路、三極管開關電路、音樂報警電路、光敏傳感器電路、QM-N10傳感器電路供電。
當空氣中油煙氣體達到一定濃度時，經半導體氣敏傳感器QM-N10檢測，在加熱狀態(tài)下，傳感器上下兩電極間電阻值迅速降低，電路中W1可變電阻上端因W1可變電阻流過的電流迅速增大使該點電位上升。W1可變電阻上端點的電位上升使得非門F2輸出端為低電平，F(xiàn)3輸出端則變?yōu)楦唠娖剑贔3輸出端高電平的作用下，T2三極管飽和導通，J1繼電器線圈得電，J1繼電器的常開觸點J1立即閉合，單相電動機M1、M2得電運轉將油煙抽出室外。白天因光線很強，光敏電阻傳感器cds電阻很小，使得W3可變電阻上端電位很高，F(xiàn)4輸出端則變?yōu)榈碗娖?，T3三極管截止。J2繼電器線圈不能得電，它的常開觸點J2不能閉合，因而白天燈泡LP是不能得電的。晚上，因光線很弱，光敏電阻傳感器cds電阻很大，使得W3可變電阻上端電位很低，F(xiàn)4輸出端則變?yōu)楦唠娖?，T3三極管變?yōu)轱柡?，J2繼電器線圈得電，它的常開觸點J2閉合，因而晚上燈泡LP得電發(fā)光起到照明的作用。
1.2各電路工作原理分析
（1）傳感器：QM-N10氣敏元件是采用金屬氧化物半導體做敏感材料的N型半導體氣敏元件，該元件接觸氣體時電導率就增加。其特點為對油煙、煤氣有很高的靈敏度和良好的選擇性；快速的響應恢復特性；長期的壽命和可靠的穩(wěn)定性。其主要技術參數(shù)為響應時間小于10s，恢復時間小于60s，加熱電壓為(5±0.5)V，加熱功率小于0.5W(加熱絲冷態(tài)電阻為(50±2)Ω)，工作電壓為4～30V，工作溫度為－25～+110°C。
為提高精度和可靠性，應該提供加熱電路來維持QM-N10氣敏傳感器正常工作時的工作溫度。因此在使用QM-N10氣敏傳感器電路正常工作時必須預熱一段時間。
（2）氣敏傳感器檢測電路：5V交流電壓直接給QM-N10氣敏傳感器發(fā)熱絲通電，讓QM-N10氣敏傳感器充分發(fā)熱，當發(fā)熱絲的溫度到200～300℃時，氣敏傳感器處于正常狀態(tài)；測量極2端的4號管腳H、H會隨空氣中相應的氣體濃度而變化，油煙氣體越多，電阻越小。W1(10kΩ)電阻與QMN10氣敏傳感器A、B串聯(lián)構成檢測電路。調節(jié)W1(10kΩ)電阻的阻值可使電路檢測煤氣泄漏靈敏度達到最佳，也使檢測油煙氣體靈敏度達到最佳。
（3）音樂報警電路：音樂報警電路由IC1音樂電路芯片和三極管T1、蜂鳴器喇叭組成。當有油煙或煤氣泄漏時，音樂電路芯片輸入端則為高電平，該高電平觸發(fā)音樂電路芯片工作，使蜂鳴器喇叭發(fā)出聲音報警。
（4）熱敏傳感器檢測電路：熱敏傳感器檢測電路由W2(5kΩ)電阻和熱敏傳感器Rt(1.3kΩ)組成。當燒菜時的高溫油煙抵達熱敏傳感器Rt時，熱敏傳感器Rt的電阻下降很多，使F1非門輸入端為低電平，F(xiàn)1非門輸出端為高電平，由此F2非門輸出端為低電平，F(xiàn)3非門輸出端為高電平，T2三極管飽和導通，J1繼電器線圈得電，使單相電動機M1、M2運轉將油煙抽出室外。熱敏傳感器檢測電路是本抽油煙機的1個亮點，它能夠使檢測壽命大大增長。是氣敏傳感器檢測電路的重要補充。
（5）光敏傳感器檢測電路：光敏傳感器檢測電路由W3(20kΩ)電阻和光敏電阻cds組成。光敏電阻cds在強光下電阻很小，在遮光條件下電阻很大。白天光敏電阻cds使二極管D10截止并使F4非門輸出端為低電平，T3三極管截止燈泡LP不能點亮；晚上光敏電阻cds使二極管D10導通并使F4非門輸出端為高電平，T3三極管飽和，燈泡LP得電發(fā)光。
二極管D11、D12為保護三極管T2、T3而設置。在手動狀態(tài)下，K1閉合，單相電動機M1、M2不受以上電路控制，閉合K3、K4可使單相電動機M1、M2分別在高速運轉和低速運轉狀態(tài)下工作。K2為手動關合LP燈泡所用。
二、智能抽油煙機調試與安裝
電路裝配完畢檢查正常后需要調試:取1只500mL的空礦泉水瓶，擰緊瓶蓋。用注射器抽取3毫升液化氣注入瓶中，搖晃幾分鐘，此時瓶中液化氣濃度為0.5%。先將W1可變電阻調至最小，并將氣敏傳感器放入瓶中，然后慢慢調大W1可變電阻至J1剛好吸合且喇叭發(fā)出報警聲，W1可變電阻就調好了，然后就將W1可變電阻用油漆封固。
再倒一大杯溫水，水溫稍高于當?shù)刈罡邭鉁兀褵崦綦娮璺湃胨?，調整W2可變電阻使J1剛好吸合，此時W2可變電阻也調好了，再將W2可變電阻封固。W3可變電阻的調整應在光敏電阻cds遮光時進行。調試完畢，打開抽油煙機機外殼，將控制電路裝進一塑料盒固定在機內適當位置。氣敏傳感器和光敏電阻安裝在抽油煙機正面外殼上，此處油煙污染小。功能開關K1安裝在開關板上。熱敏電阻用膠粘在熱空氣集中的兩風扇中間處，在熱敏電阻和機殼之間需加絕熱材料。最后把繼電器觸點與抽油煙機手動開關作相應連接，加裝溫度控制電路和照明控制電路，安放好氣敏傳感器的安裝位置，調試與安裝工作就完成了。
總結
本設計以QM-N10N型半導體氣敏元件作為油煙及煤氣泄漏檢測傳感器，結合氣敏傳感器檢測電路，音樂報警電路，熱敏傳感器檢測電路，光敏傳感器檢測電路實現(xiàn)了智能抽油煙機的功能。通過調試安裝，可行性實驗，達到了我們設計的預想效果。是一款功能完善、工作性能好的智能抽油煙機。基于氣敏元件的通用性，還可以由實際需要進行改進。例如火災報警，煤礦瓦斯氣體的檢測與抽排場合都是有用武之地的。
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